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张衡首创浑天仪 祖冲之测出冬至时刻

减小字体 增大字体 作者:佚名 来源:http://www.jlbjb.com/ 时间:2014-01-03

 

浑天仪

  “嫦娥三号”登月,引起了一股天文热。或许你已经发现,在“嫦娥三号”降落月球的电视直播中,月球地貌图上有不少古代中国名人的名字,其中张衡、祖冲之等最受关注。

张衡创制首架观测天体的浑天仪

  张衡,东汉时南阳西鄂(今河南南阳石桥镇)人,靠自学成为闻名乡里的学者,后被推荐到京师洛阳任职,从元初二年(公元115年)起两度任太史令。《后汉书・张衡传》记载,张衡在数学、天文、地理、绘画和文学等诸多领域,都表现出了非凡的才能和广博的学识,除了制造出世界上第一架地震仪,还著有科学、哲学和文学著作32篇,其中天文著作有《灵宪》和《灵宪图》等。所以《张衡传》中说,“衡善机巧,尤致思于天文、阴阳、历算。”

  张衡在天文学上取得的成就最卓越,可以说他是汉代天文界的代表人物,著有《灵宪》和《浑天仪图注》二书。在书中,张衡全面阐述了自己的天文学思想和浑天学说,可算是对汉代天文学的总结。

  张衡科学地解释了“月光”和“月蚀”两种月球现象,还有“四季”“昼夜”变化的原因。张衡认为,月球本身并不发光,月光其实是日光的反射,即月光生于日之所照,魄生于日之所蔽(照不到),月相由于日光的“照”和“蔽”所引起。

  张衡分析了月蚀的成因,认为月蚀是因为地影(暗虚)遮蔽月光;且认识到宇宙的无限性和行星运动的快慢与距离地球远近的关系。这些在今天看来可能是“小儿科”,但在当时可是了不起的研究成果。

  张衡观测记录了2500颗恒星,创制了世界上第一架能比较准确地观测天体的漏水转浑天仪,还制造出了指南车、自动记里鼓车等。

  为了纪念张衡的贡献,国际天文学界遂将月球背面的一个环形山,命名为“张衡环形山”。

祖冲之测量出冬至时刻

  祖冲之在数学领域的贡献广为人知,如他求出了圆周率值介于3.1415926和3.1415927之间,这一数据在当时的世界上是最先进最精确的。其所撰写的《缀术》一书,在唐代时被定为国子监的数学教材,且修业时间最长,很可惜,此书今已失传。

  其实,祖冲之还是魏晋南北朝时期著名的天文专家。祖冲之青年时代进入华林学省,从事科学研究,曾担任过南徐州(今江苏镇江)刺史,还做过娄县(今江苏昆山)县令,谒者仆射等官。到肖齐王朝,官至长水校尉。他博学多才,在音律、机械、文学、天文诸方面都有成就。在天文历法方面,编制了《大明历》,首次引进“岁差”算历,使天周同回归年长度分开,另外改革闰周,打破19年7闰的旧历法。

  祖冲之是通过对冬至日时刻的研究,取得科学突破的。祖冲之仔细研究了每日影长的变化规律,利用冬至日前后影长对称的关系,提出了确定冬至日时刻的新方法,该方法不受阴云蔽日不能测量日影的影响,能求出冬至时刻,此法为后世长久沿用。

  在古代,要进一步提高历法的精度,必须从冬至时刻的测量方法上改进。西汉以后,古代天文学家已经习惯使用“八尺高表”,来测定冬至的日期。但是,用“八尺高表”简单地进行测量,并不能得到理想的结果。祖冲之首先从观测技术上改进,提高观测精度,由于冬至前后的影长变化不太明显,这给冬至时刻的准确测定带来困难,更重要的是简单的测量只能得到冬至发生的日期,而不能得到一天中什么时刻是冬至。

  祖冲之想出一个新的方法,他不直接观测冬至那天日影的长度,而是观测冬至前后二十三四日的日影长度,再取它们的平均值,求出冬至发生的日期和时刻,又由于离开冬至日远些,日影的变化就快些,所以这一方法提高了冬至时刻的测定精度,使用这种观测方法的,祖冲之是世界第一人。

  祖冲之制定的《大明历》的岁(一年),实取365.2428日,比元代郭守敬的《授时历》,仅差0.0002日,这在当时来说是很精密的。一直到了南宋以后,才有人达到或超过祖冲之的观测水平。


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